TESS, der Transiting Exoplanet Survey Satellite, wurde im Jahr 2018 mit dem Ziel gestartet, kleine Planeten um die nächsten Nachbarn der Sonne zu entdecken – Sterne, die hell genug für nachfolgende Untersuchungen der Planetenmassen und -atmosphären sind. TESS hat bislang 17 kleine Planeten um elf nahe Zwergsterne des M-Typs gefunden. Dabei handelt es sich um Sterne, die kleiner (weniger als 60 Prozent der Sonnenmasse) und kühler (weniger als 3.900 Kelvin) als die Sonne sind.
In drei Abhandlungen, die in diesem Monat zusammen veröffentlicht wurden, berichten Astronomen, dass einer dieser Planeten – TOI-700d – Erdgröße besitzt und auch in der habitablen Zone seines Sterns liegt. Sie sprechen ebenfalls über dessen mögliches Klima.
Die Astronomen Joseph Rodriguez, Laura Kreidberg, Karen Collins, Samuel Quinn, Dave Latham, Ryan Cloutier, Jennifer Winters, Jason Eastman und David Charbonneau vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) waren Mitglieder der Teams, die den Stern TOI-700d untersuchten.
TOI-700d ist einer von drei kleinen Planeten, die einen M-Zwergstern mit 0,415 Sonnenmassen in 102 Lichtjahren Entfernung umkreisen. Die TESS-Datenanalyse ergab, dass die Planeten ungefähr so groß wie die Erde sind: 1,04, 2,65 beziehungsweise 1,14 Erdradien. Ihre Umlaufperioden betragen 9,98, 16,05 beziehungsweise 37,42 Tage. In unserem Sonnensystem umkreist Merkur die Sonne in 88 Tagen und er befindet sich so nah an der Sonne, dass seine Temperatur mehr als 400 Grad Celsius erreichen kann.
Aber weil Zwergsterne des M-Typs vergleichsweise kühl sind, liegt die Umlaufbahn dieses dritten Planeten in der habitablen Zone, auch wenn er viel näher an dem Stern liegt als Merkur an der Sonne. Die habitable Zone ist der Entfernungsbereich, in dem Wasser auf der Oberfläche eines Planeten flüssig bleiben würde, wenn es dort auch eine Atmosphäre gäbe. Das macht diesen erdgroßen Planeten TOI-700d besonders interessant als potenziellen Kandidaten für Leben.
Die TESS-Beobachtungen waren spannend, aber unsicher: Die Signale waren schwach und es blieb eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Nachweis von TOI-700d falsch war. Weil es von potenzieller Bedeutung ist, einen nahen, erdgroßen Planeten in der habitablen Zone zu finden, wandten sich die Wissenschaftler des TESS-Teams der IRAC-Kamera an Bord des Weltraumteleskops Spitzer zu, um die Entdeckung zu bestätigen. Bevor sie im Februar 2020 von der NASA abgeschaltet wurde, war die IRAC-Kamera mit Abstand die empfindlichste Nahinfrarotkamera im Weltraum.
Das TESS-Team beobachtete TOI-700 im Oktober 2019 und Januar 2020 mit der IRAC-Kamera und erbrachte klare Nachweise der Planeten mit etwa dem doppelten Signalrauschverhältnis von TESS. Das reichte für eine 61-prozentige Verbesserung an den Daten zur Umlaufbahn des Planeten und um unser Wissen über seine anderen Eigenschaften wesentlich zu verbessern. Dabei wurde der Wert seines Radius auf den oben angegebenen Wert korrigiert und seine Masse auf etwa 2,1 Erdmassen bestimmt. Die Ergebnisse, insbesondere im Vergleich mit den Eigenschaften anderer Planeten, sprechen dafür, dass dieser Planet aus Gestein bestehen könnte und wahrscheinlich einer gebundenen Rotation unterliegt. Das heißt, dass eine Seite des Planeten immer zu seinem Stern zeigt.
Falls es flüssiges Wasser auf der Oberfläche von TOI-700d gibt, gäbe es nach Meinung der Astronomen auch wasserhaltige Wolken in der Atmosphäre. Das Team nutzte Klimasystemmodelle, um die möglichen Eigenschaften abzuschätzen und was empfindlichere Messungen finden könnten.
Sie schlussfolgern jedoch, dass geplante Weltraummissionen wie das James Webb Space Telescope vermutlich nicht die Empfindlichkeit haben werden, um atmosphärische Strukturen zu registrieren. Dennoch werden ihre detaillierten Klimastudien Astronomen helfen, die Art der Teleskope und Instrumente einzugrenzen, die für die Untersuchung dieses spannenden neuen Nachbarn erforderlich sind.
Abhandlungen:
„The First Habitable-zone Earth-sized Planet from TESS. I. Validation of the TOI-700 System“ von Emily A. Gilbert et al., The Astronomical Journal 160, 116, 2020.
„The First Habitable-zone Earth-sized Planet from TESS. II. Spitzer Confirms TOI-700 d“ von Joseph E. Rodriguez et al., The Astronomical Journal 160, 117, 2020.
„The First Habitable-zone Earth-sized Planet from TESS. III. Climate States and Characterization Prospects for TOI-700 d“ von Gabrielle Suissa, Eric T. Wolf, Ravi kumar Kopparapu, Geronimo L. Villanueva, Thomas Fauchez, Avi M. Mandell, Giada Arney, Emily A. Gilbert, Joshua E. Schlieder, Thomas Barclay, Elisa V. Quintana, Eric Lopez, Joseph E. Rodriguez und Andrew Vanderburg, The Astronomical Journal 160, 118, 2020.
(THK)
Warum hier die geschätzten Planetenmaaße in Erdradien angegeben werden erschließt sich mir nicht wirklich. Denn der eigentliche Faktor sollte wohl eher der Durchmesser sein. Da der Durchmesser ja immer doppelt so groß ist muss dann der Leser nicht extra umrechnen. Sprich ich vermute das hier fälschlicherweise Radius statt Durchmesser angegeben wurde. 1,04 Erdradius für den Durchmesser würde bedeuten das der Planet kleiner als die Erde ist. Kann aber auch heißen das es vom Erdradius ausgehend berechnet wurde. Wie gesagt eine sehr komische und nicht nachvollziehbare Art der Berechnung. Man nimmt ja auch nicht die halbe Erdmasse sondern die ganze Erdmasse für Vergleiche!